СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОФОБНОГО РЕАГЕНТА НА ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ, ДИССОЦИИРУЮЩИХ В ВОДЕ Российский патент 2008 года по МПК G01N27/02 

Способ экспресс-анализа распределения гидрофобного реагента на порошковых материалах, диссоциирующих в воде, относится к области аналитической химии и может использоваться на агрохимических, горно-химических, химических, химико-металлургических, биохимических, медицинских предприятиях, в стационарных и полевых лабораториях для обнаружения и экспресс-анализа распределения гидрофобных пленок реагентов на диссоциирующих в воде (с образованием электропроводного раствора) порошковых материалах, солях, удобрениях, измельченных рудах минералов, продуктах флотации, лекарствах, медицинских препаратах.

К настоящему времени пока не разработаны способы экспресс-анализа распределения гидрофобного реагента на порошковых материалах, диссоциирующих в воде. Известные способы относятся к анализу интегрального количества гидрофобного реагента на всей массе порошков.

Известен способ анализа гидрофобного реагента (дистиллированных аминов) на порошковых материалах, диссоциирующих в воде, в частности на тонкодисперсных частицах хлорида калия путем экстракции реагента с порошка хлорида калия хлороформом и последующего определения амина с помощью реагента "аминон". В раствор амина при рН 5,0-5,5 добавляют некоторое количество раствора аминона (бис-4-диметиламинофенил-1-н-сульфофенил-3-метилпиразонол-5-ия-карбинола) и экстрагируют хлороформом, с последующим измерением оптической плотности экстракта на фотоэлектроколориметре /1/. В результате анализа определяют общее количество гидрофобного реагента на всей массе порошка хлорида калия. Недостатками способа являются невозможность определения качества распределения реагента на поверхности дисперсного материала и большая длительность проведения анализа.

Известен также способ анализа гидрофобного реагента (солей жирных кислот) на тонкодисперсных частицах латекса экстракцией реагента спиртами и последующего кондуктометрического метода анализа в растворе путем кондуктометрического титрования солей жирных кислот с использованием контактной электрохимической ячейки /2/. Недостатками способа являются невозможность определения качества распределения реагента на поверхности дисперсного материала и большая длительность проведения анализа.

Для устранения указанных недостатков предлагается способ количественной оценки содержания гидрофобного материала на порошковых материалах, диссоциирующих в воде, включающий кондуктометрические измерения с использованием контактной электрохимической ячейки, при этом перед кондуктометрическими измерениями порошковый материал увлажняют, а для количественной оценки содержания гидрофобного материала на порошковом материале используют предварительно измеренную зависимость величины поверхностной электропроводности контрольных образцов того же порошкового материала от количества гидрофобного материала на контрольных образцах того же порошкового материала при заданной влажности порошкового материала. Степень увлажнения порошкового материала может быть изменена в зависимости от содержания гидрофобного материала на порошковом материале. Степень увлажнения порошкового материала может быть увеличена при увеличении содержания гидрофобного материала на анализируемом порошке. Измерения электропроводностей анализируемого и контрольных образцов могут быть проведены при постоянных температуре и влажности окружающей среды сразу после увлажнения образцов. Измерения поверхностной электропроводности могут быть проведены по всей поверхности анализируемого образца, распределенного ровным слоем на подложке.

В основу разработанного способа положен эффект проницаемости молекул воды через пленку гидрофобизатора на поверхности порошкового материала с последующим измерением величины поверхностной электропроводности слоя порошкового материала с помощью электроячейки кондуктометра. Частички хорошо гидрофобизированного порошкового материала при увлажнении их водой имеют низкую скорость проницаемости молекул воды через пленку гидрофобизатора. В результате поверхностная электропроводность слоя образца очень мала, а электросопротивление имеет высокие значения. При этом чем выше содержание и лучше распределение гидрофобизатора на поверхности частиц порошкового материала, тем меньше величина поверхностной электропроводности. Для негидрофобизированного порошкового материала, диссоциирующего в воде, поверхностная электропроводность имеет высокие значения.

Установлено, что этот способ (в отличие от колориметрических и других способов) очень чувствителен уже к небольшим количествам гидрофобного реагента на поверхности порошкового материала (порядка 20 г/т), но менее чувствителен к средним (100 г/т) и высоким (200 г/т) содержаниям гидрофобизатора на поверхности соли. Чувствительность к средним и высоким содержаниям гидрофобного реагента на поверхности порошка может быть повышена путем изменения уровня влажности порошкового материала, что расширяет диапазон анализируемых содержаний гидрофобного реагента.

Увлажнение перед кондуктометрическими измерениями анализируемого образца порошкового материала, диссоциирующего в воде, позволяет получить на поверхности порошкового материала электропроводный слой, необходимый для кондуктометрических измерений величины электрического тока, протекающего по поверхности порошкового материала между электродами контактной электрохимической ячейки, прижимаемыми к поверхности образца. Вносимая в порошковый материал вода является своеобразным индикатором наличия на материале гидрофобного реагента. Проникновение молекул воды через проницаемую пленку гидрофобного реагента к поверхности материала приводит к диссоциации материала в воде и образованию тонкого электропроводного слоя раствора на поверхности дисперсных частиц. При этом сами частицы порошкового материала остаются в твердом состоянии.

При анализе степень увлажнения порошкового материала изменяют в зависимости от содержания гидрофобного материала на порошке. Для анализа порошков с высоким содержанием гидрофобного реагента степень увлажнения порошкового материала увеличивают.

Для количественной оценки содержания гидрофобного материала на порошке используют предварительно измеренную зависимость величины электропроводности контрольных образцов того же материала от концентрации гидрофобного реагента на контрольных порошках при заданной влажности порошков.

Для обеспечения стабильных воспроизводимых значений величины электрического тока в ячейке измерения электропроводности анализируемого и контрольных образцов проводят при постоянных температуре и влажности окружающей среды.

Кроме того, при измерениях электропроводности анализируемого и контрольных образцов целесообразно соблюдать одинаковое время выдержки после увлажнения порошкового материала или проводить измерения сразу после увлажнения образцов. Соблюдение этого условия позволяет исключить ошибки анализа, которые могут возникнуть из-за частичного испарения влаги с поверхности порошка.

Измерения электропроводности проводят по всей поверхности анализируемого образца, распределенного ровным слоем на подложке, что позволяет установить статистику распределения гидрофобного реагента на поверхности порошка и выявить на поверхности образца области с различным содержанием гидрофобного реагента. Наличие ровного уплотненного слоя порошка обеспечивает меньший разброс показаний электропроводности слоя образца.

Способ экспресс-анализа распределения гидрофобного реагента на порошковых материалах проводили с образцами порошков: диссоциирующего в воде хлорида калия, покрытого гидрофобным реагентом - солянокислыми аминами, содержащими 18-20 атомов углерода. Для анализа были приготовлены образцы порошков хлорида калия с различным содержанием аминов и проведены испытания способа измерения поверхностной электропроводности слоя соли KCl. Результаты приведены в описаниях примеров 1-4, в табл.1-4 и на фиг.1-4.

Пример 1. На порошкообразный хлорид калия реактивной чистоты из насыщенного раствора KCl нанесены амины, далее осадки с различным содержанием аминов были высушены на воздухе до остаточной влажности 0.2%. Затем эти образцы соли перед измерениями величины поверхностной электропроводности увлажняли дистиллированной водой до уровня 5.0% (В 10 г навески KCl вводили 0,5 мл воды, соль тщательно перемешивали). Для проведения измерений образцы увлажненного порошка KCl размещали ровным слоем на пластиковых (неэлектропроводных) подложках (круглой формы диаметром 70 мм) с толщиной слоя 3 мм. Для выравнивания слоя образца порошка его несколько раз встряхивали виброустройством и сверху слегка уплотняли ровным плоским диском. Затем сразу после подготовки пробы производили кондуктометрические замеры величины поверхностной электропроводности образцов порошка, используя электрохимическую ячейку с плоскими круглыми электродами диаметром 4 мм, (закрепленных на пластмассовой пластине на расстоянии 20 мм друг от друга) и прижимаемых к поверхности образца во время замеров. Далее проводили измерения поверхностной электропроводности при постоянной температуре воздуха Т=22°С и влажности воздуха 60%. Результаты измерений величины поверхностного тока приведены в табл.1 и на фиг.1.

Таблица 1
Влияние содержания аминов в KCl на величину тока (увлажнение KCl - 5%)№Содержание аминов в KCl, г/тТок, мкА105525048366,745410085133,3861500

Пример 2. Подготовку и измерения поверхностной электропроводности образцов KCl проводили аналогично примеру 1. Отличие состояло в другой степени увлажнения образца до уровня 7.5%. Результаты измерений величины поверхностного тока приведены в табл.2 и на фиг.2.

Таблица 2
Влияние содержания аминов в KCl на величину тока (увлажнение KCl - 7.5%)№Содержание аминов в KCl, г/тТок, мкА15090266,788310087415045520020

Пример З. Подготовку и измерения поверхностной электропроводности образцов KCl проводили аналогично примеру 1. Отличие состояло в другой степени увлажнения образца до уровня 10% (В 10 г навески KCl вводили 1 мл воды, соль тщательно перемешивали). Результаты измерений величины поверхностного тока приведены в табл.3 и на фиг.3.

Таблица 3
Влияние содержания аминов в KCl на величину тока (увлажнение KCl - 10%)№Содержание аминов в KCl, г/тТок, мкА166,7702100683133,348415023

Пример 4. Подготовку и измерения поверхностной электропроводности образцов KCl проводили аналогично примеру 1. Отличие состояло в другой степени увлажнения образца до уровня 16.6% (В 3 г навески KCl вводили 0,5 мл воды, соль тщательно перемешивали). Результаты измерений величины поверхностного тока приведены в табл.4 и на фиг.4.

Таблица 4
Влияние содержания аминов в KCl на величину тока (увлажнение - 16.6%)№Содержание аминов в KCl, г/тТок, мкА150110266,71103100804133,370515070620050

Из анализа результатов осуществления способа в примерах №1-4 следует, что при увеличении содержания амина в хлориде калия (при любом увлажнении порошка KCl) наблюдается снижение электропроводности образца. При этом с увеличением степени увлажнения образца хлорида калия величина поверхностного тока возрастает. При низкой влажности образца (5%) целесообразно измерять содержания аминов в пределах 0-150 г/т, а при влажности образца 16.6% - производить анализ содержания аминов в пределах 50-200 г/т. Повышение влажности образца KCl до 16.6% способствует увеличению воспроизводимости анализов.

Пример 5. Проводили оценку изменения показаний поверхностной электропроводности с течением времени образцов соли KCl с различным содержанием аминов (при начальной степени увлажнения образцов 10%) через 0.5 минут, через 30 и 60 минут. Результаты измерений величины поверхностного тока показали, что за счет испарения воды с поверхности образца в течение часа происходит изменение показаний поверхностного тока на 5-10% отн. Измерения показаний поверхностного тока аминированных образцов хлорида калия показали также, что стабильные показания величины тока наблюдаются при фиксированной силе прижатия ялектроячейки к поверхности образца. В связи с этим для стабилизации показаний измерений поверхностного тока ячейка должна иметь постоянный вес, обеспечивающий одинаковую силу прижимания электродов к поверхности порошка KCl только за счет собственного веса.

Разработанный способ экспресс-анализа распределения гидрофобного реагента на порошковых материалах, диссоциирующих в воде, имеет высокую экспрессность (длительность анализа 2-3 минуты), простоту, возможность определения качества распределения гидрофобного реагента на поверхности порошковых материалов, диссоциирующих в воде. Разработанный способ является универсальным, т.к. может использоваться для анализа распределения на поверхности не только аминов, но и любого другого гидрофобизатора.

Источники информации

1. Живописцев В.П., Селезнева Е.А., Братина З.И., Липчина А.Г. Фотометрическое определение малых количеств алифатических аминов бис-(4-диметиламинофенил)-(1-н-сульфофенил-3-метилпиразонол-5-ия)-карбинолом. - Журнал аналитической химии, 1968, № 23.

2. Практикум по коллоидной химии (коллоидная химия латексов и поверхностно-активных веществ). /Под ред. Р.Е.Неймана. М.: Высшая школа, 1972, с.36-39.

Изобретение может быть использовано на агро-химических, горно-химических, химических, химико-металлургических, биохимических, медицинских предприятиях, в стационарных и полевых лабораториях для обнаружения и экспресс-анализа распределения гидрофобных пленок реагентов на диссоциирующих в воде порошковых материалах, солях, удобрениях, измельченных рудах минералов, продуктах флотации, лекарствах, медицинских препаратах. Способ включает кондуктометрические измерения с использованием контактной электрохимической ячейки. Перед кондуктометрическими измерениями порошковый материал увлажняют. Для количественной оценки содержания гидрофобного материала на порошковом материале используют предварительно измеренную зависимость величины поверхностной электропроводности контрольных образцов того же порошкового материала от количества гидрофобного материала на контрольных образцах того же порошкового материала при заданной влажности порошкового материала. Изобретение обеспечивает сокращение длительности проведения анализа. 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил.

1. Способом количественной оценки содержания гидрофобного материала на порошковых материалах, диссоциирующих в воде, включающий кондуктометрические измерения с использованием контактной электрохимической ячейки, отличающийся тем, что перед кондуктометрическими измерениями порошковый материал увлажняют, а для количественной оценки содержания гидрофобного материала на порошковом материале используют предварительно измеренную зависимость величины поверхностной электропроводности контрольных образцов того же порошкового материала от количества гидрофобного материала на контрольных образцах того же порошкового материала при заданной влажности порошкового материала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень увлажнения порошкового материала изменяют в зависимости от содержания гидрофобного материала на порошковом материале.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень увлажнения порошкового материала увеличивают при увеличении содержания гидрофобного материала на анализируемом порошке.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения поверхностной электропроводности анализируемого и контрольных образцов проводят при постоянных температуре и влажности окружающей среды.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения поверхностной электропроводности анализируемого и контрольных образцов проводят сразу после увлажнения образцов.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения поверхностной электропроводности проводят по всей поверхности анализируемого образца, распределенного ровным слоем на подложке.